Эмбриогенез мышечной системы
Рис. 2.3. Миотомы туловища и головы на 7-й неделе эмбриогенеза человека: 1- глаз; 2 - предушные миотомы; 3 - I и II висцеральные дуги; 4 - II – IV жаберные дуги; 5-затылочные; 6-шейные; 7-грудные; 8-поясничные; 9-крестцовые; 10-копчиковые миотомы
Мышечные волокна развиваются из одноядерных малодифференцированных веретенообразных клеток - миобластов, которые, сливаясь, превращаются в многоядерные миосимпласты. На 5-6-й неделе эмбриогенеза в последних появляются миофибриллы. В дальнейшем во внутриутробном периоде количество миофибрилл в миосимпластах нарастает, увеличивается диаметр мышечных волокон, формируются синаптические контакты с нервными волокнами. Часть миобластов, оказавшихся в составе сарколеммы мышечного волокна, превращается в клетки-сателлиты, активизирующиеся всякий раз при повреждении мышечных волокон в постнатальном онтогенезе.
К моменту рождения мышцы практически сформированы. Их количество соответствует таковому у взрослого человека. Однако в период постнатального развития они удлиняются и утолщаются, сохраняя соразмерность с растущим скелетом и соответствие функциональным физическим нагрузкам. Эти перестройки обеспечиваются изменением их внутренней структуры и развитием вспомогательного аппарата, которые заканчиваются примерно к 25-ти годам.
Постнатальный онтогенез мышечной системы
В первые годы жизни ребенка в строении скелетной мышечной ткани сохраняются черты, характерные для внутриутробного периода: слабое развитие миофибриллярного аппарата - немногочисленность миофибрилл, рыхлое их расположение в волокне, богатство саркоплазмы в волокне, изобилие соединительнотканных клеток между волокнами скелетных мышц, недоразвитость коллагеновых и эластических фибрилл их каркаса, примитивность строения нервно-мышечных контактов (синапсов), расположение их по всей мышце. К рождению наиболее толстыми являются мышечные волокна диафрагмы, а самые тонкие находятся в мышцах голени.
Мышцы ребенка грудного возраста (до 1 года)
У новорожденного имеются все скелетные мышцы, но их вес в 37 раз меньше, чем у взрослого, и составляет 23% по отношению к весу тела (у взрослого 44%). В течение года наблюдается быстрый рост мышц. Этот рост в основном (на 90%) идет за счет увеличения диаметров мышечных волокон и в меньшей степени (10%) за счет появления новых мышечных волокон.
Развитие мышц идет неравномерно. Быстрее развиваются мышцы, обеспечивающие дыхание, сосание, мышцы плечевого пояса и верхних конечностей. Более медленно - мышцы таза и нижних конечностей.
К моменту рождения мышцы головы в целом развиты слабо. Мышцы лица слаборельефны, за исключением круговой рта и щечных мышц, обеспечивающих акт сосания. Хорошо развит жировой комок щеки, фиксированный к щечной мышце. Он препятствует втягиванию мягких тканей лица в ротовую полость во время сосания.
Межреберные мышцы, особенно внутренние, развиты слабо и существенной роли в акте дыхания не играют.
У новорожденного относительно хорошо развита диафрагма. Ее вес составляет 5,3% веса всей мускулатуры, тогда как у взрослых – только 1%. Это объясняется ее активным участием в акте дыхания, в котором слабые межреберные мышцы участвуют мало. По сравнению с другими мышцами волокна здесь более зрелые и толстые. Экскурсии диафрагмы у новорожденного при вдохе и выдохе – 3 ребра. С возрастом совершенствуется ее строение: чем старше становится ребенок, тем больше становится сухожильный центр мышцы.
Мышцы брюшного пресса также не развиты, апоневрозы их нежные и широкие, белая линия живота в области пупка имеет истонченные участки, что способствует появлению пупочных грыж и грыж белой линии живота у ребенка.Интенсивное развитие мышц живота наблюдается со времени, когда ребенок начинает ходить. Так, ширина прямых мышц живота к концу 1-го года жизни ребенка увеличивается вдвое (рис.2.4). Выпячивание живота характерно только для раннего детства, с развитием мышц живота оно постепенно исчезает. У 7-летних детей живот уже подтянут, но только к 14-16 годам передняя стенка живота будет укреплена почти также, как у взрослого.
Рис. 2.4. Развитие передней брюшной стенки (по В.С. Панушкину) А – новорожденного; Б – ребенка 2 лет.
Мышцы верхних конечностей.
К моменту рождения сформированы все мышцы пояса и свободной верхней конечности, но они развиты слабо. Их мышечная часть преобладает над сухожильной. На плече передняя и задняя группа мышц разделены тонкими соединительнотканными перегородками. Форма мышц почти прямоугольная. Мышцы передней поверхности предплечья лежат в 4 слоя, на задней поверхности – в 2 слоя. Костно-фиброзные каналы, через которые мышцы предплечья направляются на кисть в основном сформированы. Мышцы кисти у новорожденного очень нежные.
Мышцы нижних конечностей в основном сформированы, но длина сухожилий невелика, поэтому форма бедра цилиндрическая. Мышцы передней группы голени хорошо разграничены, в отличие от задней группы, где икроножная мышца составляет единое целое с камбаловидной мышцей. С возрастом мышцы нижней конечности начинают дифференцироваться.
На стопе уже на 1-ом году жизни сливаются изолированные вначале брюшки коротких сгибателя и разгибателя пальцев. Нарастает масса мышц подошвенной поверхности, утолщается подошвенный апоневроз. Ускоренное развитие мышц стопы вызвано необходимостью укрепления ее к моменту, когда ребенок начинает стоять и ходить.
Рост мышечных волокон в длину происходит по концам волокна в ответ на тягу, создаваемую растущими костями, к которым крепится мышца.
Тонус мышц конечностей больше, чем у взрослых, и у сгибателей он больше, чем у разгибателей. Сила и работоспособность мышц мала, утомление развивается быстро. У новорожденного еще нет координации движений. Они беспорядочны и почти беспрерывны, в связи, с чем новорожденных пеленают. Двигательные умения развиваются постепенно.
Период раннего детства ( 1-3 года )
Масса мышц продолжает увеличиваться, но значительно меньшими темпами, чем на первом этапе развития. Рост мышц идет, в основном, за счет увеличения толщины мышечных волокон, диаметр которых увеличивается в 2 раза за счет увеличения количества миофибрилл. Тонус мышц остается относительно высоким, особенно мышц- сгибателей, что объясняет скованность движений у детей этого возраста.
По мере развития мышечной системы изменяется только микроструктура мышечных волокон. Мышечная композиция, т.е. соотношение в мышце медленных и быстрых волокон, определена генетически и на протяжении жизни остается неизменной. Общее количество мышечных волокон в мышце также почти не изменяется. Прирост мышечной массы происходит за счет увеличения размеров каждого мышечного волокна. В основе увеличения поперечника мышечного волокна лежит интенсивный синтез мышечных сократительных белков - актина и миозина, приводящий к увеличению количества миофибрилл.
Двигательные единицы сформировались, но их иннервация еще несовер- шенна, так как не закончена миелинизация нервных окончаний. Мышцы быстро утомляются и быстро восстанавливают свою работоспособность во время отдыха, так как интенсивность обмена веществ велика. Поэтому ребенок 3 лет не может выполнять однообразные движения и спокойно сидеть. Спокойная ходьба его быстро утомляет, и он просится на руки. Чтобы дать отдохнуть мышцам, он часто меняет характер движений и позу.
Период первого детства (от 4 до 7 лет)
Этот период характеризуется большой двигательной активностью ребенка, что приводит к нарастанию массы мускулатуры. Но есть одна особенность - увеличение массы идет очень медленно (к 7 годам мышечная масса составляет примерно 28-29% от массы тела).
С чем это связано? Дело в том, что в этот период онтогенеза идет качественное изменение структуры мышц. Происходит дифференцировка мышечной ткани, развиваются и формируются отдельные ее элементы. В первую очередь увеличивается количество миофибрилл: к 1,5 годам оно удваивается, а к 7 годам становится больше в 15-20 раз. Отмечается значительное увеличение количества миоглобина и кровеносных капилляров.
Внутримышечные сосуды всех калибров в этот период характеризуются развитием эластических элементов. Значительного развития и формирования достигает иннервационный аппарат, что в конечном итоге приводит к развитию таких двигательных качеств как быстрота, ловкость и выносливость.
В этом возрасте усиленно развиваются мышцы спины, груди, дифференцируются и увеличиваются в размере мышцы верхней и нижней конечностей. Их развитие идет по пути увеличения мышечной массы и изменения соотношения мышечной и сухожильной частей в пользу сухожильной. В периоде раннего детства (4-5 лет) мышцы туловища развиваются значительно быстрее, чем мышцы рук и ног. Но в преддошкольном возрасте (6-7 лет) происходит ускоренное развитие мышц кисти, и ребенок начинает производить легкую работу и приучаться к письму. Сгибатели пальцев, которые участвуют в захвате предметов, имеют наибольший вес и физиологический поперечник.
В мышечных волокнах еще имеется относительное преобладание саркоплазмы над миофибриллами. Остается повышенным тонус мышц и некоторая скованность движений. Заканчивается формирование двигательных единиц с миелинизацией нервных окончаний в них, однако, возбудимость и функциональная лабильность их все еще меньше, чем у взрослых. Выносливость меньше, чем у взрослых в 5-6 раз, отсюда и быстрая утомляемость детей этого этапа развития. Ребенок часто меняет позы и характер движений. Половых различий в силе мышц еще нет. Значительно улучшается координация движений.
Период второго детства (8 – 12 лет - девочки, 8-13 лет - мальчики)
Масса мышц достигает 29% от веса тела. Диаметр мышечных волокон еще пока меньше, чем у взрослых. В мышечных волокнах количество миофибрилл почти такое же, как и у взрослых. Тонус мышц снижается до нормы и исчезает скованность движений. К концу этого периода структура мышечной ткани приобретает качество взрослого человека. Выносливость мышц составляет 70% от выносливости у взрослых. Именно поэтому статическая работа детям этого возраста дается с трудом. Так, сохранять однообразную позу в течение всего урока – это большой труд для младших школьников.
Исследования показывают, что школьники в этот период обладают относительно низкими показателями мышечной силы. Силовые и особенно статические упражнения вызывают у них быстрое утомление. Дети младшего школьного возраста более приспособлены к кратковременным скоростно-силовым упражнениям, однако их надо постепенно приучать к сохранению статических поз, что положительно влияет на осанку.
Появляются половые различия в силе, тонусе и выносливости мышц: у мальчиков они становятся больше, чем у девочек. Появляются различия в силе мышц правой и левой рук.
Подростковый и юношеский возраст
(12-20 лет - девушки, 13-21 год - юноши)
Уже в начале данного периода мышцы имеют структуру взрослого человека. Быстро растет масса мышц за счет увеличения диаметра мышечных волокон. К 15 годам масса мышц достигает 32% от веса тела, а к 17-18 годам – 44%, т.е. достигает величины взрослых. Приблизительно к 12-14 годам происходит стабилизация отношения «мышца-сухожилие» и оно становится таким же, как у взрослого. В поясе верхних конечностей до 15 лет развитие мышечного брюшка и сухожилий происходит одинаково интенсивно, после 15 лет из-за удлинения трубчатых костей интенсивно удлиняются и сухожилия мышц, в результате чего подростки выглядят длинноногими и длиннорукими.
Период с 14 до 17 лет характеризуется наиболее интенсивным ростом мышечной силы у мальчиков. Причем к этому возрасту показатели относительной силы мышц мальчиков значительно превосходят соответствующие показатели у девочек у них рост мышечной силы начинается несколько раньше, что наиболее ярко проявляется в возрасте 11-12 лет).
Несмотря на быстрый рост мышц, они все-таки отстают от роста скелета. Так, в 15-16 лет наблюдается относительная недоразвитость мышц по сравнению со скелетом, поэтому у подростков возникает временная диспропорция между степенью развития костной и мышечной систем, что приводит к повышенной утомляемости подростков, угловатости и скованности их движений. Нарушается ловкость и гармоничность движений, которая была достигнута на предыдущем этапе развития. Однако, это трудности роста. К 17-18 годам временная диспропорция в развитии этих систем исчезает и снова появляется ловкость в движениях. К 19-20 годам все показатели опорно-двигательного аппарата достигают наибольшей величины.
Наиболее интенсивный рост мышечных волокон и мышц в целом происходит в детском и подростковом возрастах. В развитии мышц важную роль играют половые гормоны – андрогены. У мужчин они вырабатываются в половых железах (яичках) и коре надпочечников, у женщин – только в коре надпочечников. У лиц мужского пола в любом возрасте их концентрация в крови выше, чем у лиц женского пола. Увеличение мышечной массы в интервале 20-30 лет идет параллельно с ростом продукции андрогенов, стимулирующих синтез миозина и актина скелетных мышц. Прирост мышечной массы контролируется также соматотропным гормоном гипофиза, инсулином поджелудочной железы, тироксином и трийодтиронином щитовидной железы.
Значительное влияние на развитие мышечной ткани в пубертатном периоде оказывают также катехоламины (адреналин и норадреналин) – гормоны мозгового слоя надпочечников. Их влияние особенно заметно при постоянных мышечных нагрузках. В этот период практически завершается развитие и формирование иннервационного аппарата мышцы – моторных бляшек (синапсов) – они заканчивают свой рост и функционируют как у взрослого. Значительно возрастает выносливость, а также мышечная сила.
На этом этапе онтогенеза (после 15 – 16 лет) силовая тренировка повышает мышечную массу до 48 и даже до 50% от веса тела. Скоростно-силовые виды спорта повышают мышечную массу до 45-46%.